電動(dòng)閥門的智能化及其發(fā)展現(xiàn)狀

　　在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的智能化水平已有顯著提高，而電動(dòng)閥門作為重要的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)其智能化水平還十分落后，因此提高電動(dòng)閥門的智能化程度已經(jīng)非常迫切。計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展為電動(dòng)閥門智能化的發(fā)展提供了一定的技術(shù)保障。本文在介紹現(xiàn)有電動(dòng)閥門存在不足的基礎(chǔ)上，分析了研究電動(dòng)閥門智能化的意義，并提出了智能電動(dòng)閥門應(yīng)該具有的特征。

一、引言

　　隨著機(jī)電一體化的趨勢(shì)，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些電動(dòng)閥門在使用中出現(xiàn)越來(lái)越多的問(wèn)題。比如控制精度不高、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試不方便、故障診斷方法不完善等，這就使得原有的電動(dòng)閥門越來(lái)越無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，必將被淘汰。因此對(duì)電動(dòng)閥門這一重要的工業(yè)用機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制過(guò)程計(jì)算機(jī)化、通訊功能數(shù)字化、故障診斷處理智能化、檢測(cè)遠(yuǎn)程化，都有著非常重要的意義。

二、電動(dòng)閥門智能化研究意義

　　閥門實(shí)際閥位只有三個(gè)位置：開(kāi)、關(guān)和中間位置，閥位由閥門電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)控制的。目前我國(guó)通常采用行程開(kāi)關(guān)控制閥門電機(jī)、力矩開(kāi)關(guān)起保護(hù)作用的工作模式。但是，行程開(kāi)關(guān)和力矩開(kāi)關(guān)通常安裝在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，因此閥位信號(hào)不能直接從閥門軸上獲得，這就使得閥位的指示值只是一個(gè)大概值，從而導(dǎo)致閥門關(guān)不嚴(yán)或者開(kāi)不到位。輸出轉(zhuǎn)矩選擇過(guò)小會(huì)造成被控閥門啟閉困難，這樣容易使電動(dòng)及燒毀;若輸出轉(zhuǎn)矩選擇過(guò)大，一旦電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制失靈則極易造成閥門局部結(jié)構(gòu)破壞。因此，這種控制方式不能直接控制閥門的啟閉與調(diào)節(jié)，控制精度比較低。

　　另外一方面，在這種工作模式下，對(duì)直行程截止閥和閘板長(zhǎng)期動(dòng)作壓迫管道內(nèi)壁形成微凹槽，會(huì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)形成泄漏。泄露是工業(yè)污染源之一，閥門的泄漏會(huì)使介質(zhì)外流引起消耗增加，成本上升，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益下降。易燃、易爆、有毒和有害介質(zhì)外泄，則易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒和人身傷亡等事故。強(qiáng)腐蝕介質(zhì)外漏，會(huì)加快廠房和設(shè)備的腐蝕速度，使用使用壽命縮短。因此，泄漏的存在嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)，甚至使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。因此，閥門的泄漏問(wèn)題不容忽視。一直以來(lái)，對(duì)閥門泄漏的解決方法都是從閥門入手的。優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的工藝條件合理選擇制造閥門的材料，提高閥門生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制水平，以及根據(jù)化工生產(chǎn)過(guò)程中各種的工藝條件優(yōu)化閥門的選型。盡管這些方法有效的消除了閥門的泄漏問(wèn)題，但是如果能從改變閥位的控制方式入手，直接控制閥位，當(dāng)閥門出現(xiàn)泄漏問(wèn)題時(shí)，通過(guò)控制的反饋量來(lái)對(duì)閥門電機(jī)控制的閥位進(jìn)行補(bǔ)償，從而更加有效的控制閥門。同時(shí)，改變閥位的控制方式，也是滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

三、電動(dòng)閥門智能化研究的現(xiàn)狀

　　1、電動(dòng)閥門的智能化研究現(xiàn)狀。電動(dòng)閥門由閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成，但是，至今為止，這兩部分的生產(chǎn)還是由不同的廠家來(lái)生產(chǎn)的。各個(gè)廠家之間技術(shù)缺乏溝通，只是提高自己產(chǎn)品的質(zhì)量而忽略了整體兩部分的“成套”問(wèn)題。另外，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了各類閥門的分項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但并無(wú)“成套”后電動(dòng)閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或者標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。這些都使得電動(dòng)閥門的“成套”出現(xiàn)問(wèn)題，缺乏相應(yīng)的依據(jù)。另外一方面，就電動(dòng)閥門的結(jié)構(gòu)而言，閥門的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。因此，人們?cè)絹?lái)越多的把目光都偏向電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，致力于提高其的智能化水平。而忽視了閥門本身的智能化水平，使得兩者的智能化水平發(fā)展不平衡，“成套”后的智能化水平也不高。

　　2、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能化研究現(xiàn)狀。近年來(lái)，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得了快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一些廠商相繼推出了大礙現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些智能閥門電動(dòng)執(zhí)行器采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)的智能閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品主要有：

　　2.1、IQ系列智能電動(dòng)執(zhí)行器。英國(guó)羅托克(ROTORK)公司于90年代推出了智能型電動(dòng)執(zhí)行器(IQ系列)，與普通執(zhí)行器相比具有如下特點(diǎn)：(1)便利的參數(shù)遙控設(shè)定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的專用設(shè)定工具，對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器就可進(jìn)行參數(shù)的遙控設(shè)定。不僅簡(jiǎn)化了設(shè)定工作程序，還提高了設(shè)備安全運(yùn)行性，特別是那些要求防爆的場(chǎng)所尤為重要;(2)豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術(shù)，利用內(nèi)置式液晶顯示板，不僅可準(zhǔn)確顯示閥門開(kāi)、關(guān)狀態(tài)和正常閥門開(kāi)度等，且在參數(shù)設(shè)定或執(zhí)行器有故障時(shí)，也能顯示出重要信息;

　　2.2、ONTRAC MOE700/MME800 系列智能電動(dòng)執(zhí)行器。該系列智能電動(dòng)執(zhí)行器是重慶川儀十廠由德國(guó)H&公司(現(xiàn)屬ABB集團(tuán))引進(jìn)并推出的。MOE700系列為數(shù)字調(diào)節(jié)型-s2控制模式，MME800為連續(xù)調(diào)節(jié)型-s4控制模式，他們采用機(jī)械自鎖的渦輪、蝸桿結(jié)構(gòu)，三相電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)和智能化監(jiān)控、數(shù)字檢測(cè)技術(shù)，其運(yùn)行速度和力矩可在線或離線寬范圍設(shè)定，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。具有功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單和維護(hù)量小的特點(diǎn)，配上不同減速裝置，可輸出角位移(力矩可達(dá)40000Nm)和直線位移(推力可達(dá)80KN)，驅(qū)動(dòng)各類閥體或擋板。

　　2.3、IKZL智能型電動(dòng)執(zhí)行器。IKZL智能型電動(dòng)執(zhí)行器由上海自動(dòng)化儀表股份有限公司下屬自動(dòng)化儀表十一廠研制。它采用現(xiàn)代高效單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，最終驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)輸出與之相對(duì)應(yīng)的直線位移。該機(jī)構(gòu)可方便與調(diào)節(jié)閥配套成自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具備調(diào)節(jié)閥本身所要求的各種動(dòng)作變換功能，適用于電力、冶金、石油、化工及輕工業(yè)等工業(yè)部門。

　　以上幾種智能閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)，智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)，帶通信技術(shù)功能的逐步取代不帶通信技術(shù)的，數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，運(yùn)用紅外遙控的非接觸式調(diào)試技術(shù)逐步取代接觸式手動(dòng)調(diào)試技術(shù)。

四、電動(dòng)閥門智能化的特征

　　市場(chǎng)的需求以及電動(dòng)閥門自身發(fā)展的需要使得電動(dòng)閥門的智能化進(jìn)程是必要的，同時(shí)機(jī)電一體化的趨勢(shì)，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為電動(dòng)閥門的智能化發(fā)展提供了技術(shù)保障�，F(xiàn)今所指的智能化閥門主要包括以下幾個(gè)特征：

　　1.電動(dòng)閥門的通訊數(shù)字化。智能化閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電力載波的方式與上位機(jī)相連，上位機(jī)送出的可尋址數(shù)字信號(hào)通過(guò)電力線被電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器根據(jù)收到的信號(hào)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制，使電動(dòng)閥門工作方式更加靈活。

　　2.閥門控制過(guò)程的計(jì)算機(jī)化。通常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照來(lái)自控制系統(tǒng)的微處理器的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，從而來(lái)調(diào)整閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。如果在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，增加帶有智能控制的伺服放大器，增加給定值控制功能。智能化控制器的使用，可以改變以往機(jī)械性力矩控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作值調(diào)整需拆開(kāi)密封外殼通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧進(jìn)行力矩值調(diào)整的狀況。

　　3.電動(dòng)閥門的故障診斷和處理的智能化。智能化電動(dòng)閥門應(yīng)具有完善的故障自診斷功能。通過(guò)在閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上裝載附加傳感器，可以起到對(duì)電動(dòng)閥門的故障診斷的作用。必要時(shí)，還可以通過(guò)在電路方面設(shè)置各種檢測(cè)功能，如智能電動(dòng)閥門可以辨識(shí)出負(fù)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制指令與執(zhí)行情況不符時(shí)，可立即控制接觸器將相序反接，實(shí)現(xiàn)相序同步;智能化電動(dòng)閥門還可以檢測(cè)三相電流，檢測(cè)到斷相后立即停止閥門電機(jī)。

　　4.整體結(jié)構(gòu)的一體化。電動(dòng)閥門的智能化進(jìn)程中，離不開(kāi)閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)。通過(guò)一體化結(jié)構(gòu)，把閥門的整個(gè)控制回路裝在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表中，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)等工作大為簡(jiǎn)化，也減少了因信號(hào)在傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了可靠性。

五、結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了電動(dòng)閥門智能化研究的必要性和可行性，根據(jù)電動(dòng)閥門智能化的現(xiàn)狀，總結(jié)了智能電動(dòng)閥門的特征。目前，我國(guó)在電動(dòng)閥門的智能化建設(shè)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還有比較的差距，因此只有遵循電動(dòng)閥門智能化的特征要求，生產(chǎn)設(shè)計(jì)更高水平的產(chǎn)品，才能在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地。